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功率放大器的分類與電路組成

作者:Aigtek 閱讀數:0 发布时间:2024-02-02 15:38:09

  功率放大器的分類與電路組成是很多新手工程师都比较关心的问题,下面就让安泰电子来为大家介绍功率放大器的分類與電路組成。

  功率放大器的分類

  甲類工作狀態:整個工作周期內晶體管的集電極電流始終是流通的,放大器的效率最低,帶來的是非線性失真度比較小。一般用于對失真比較敏感的場合,比如HI-FI音響。

  乙類工作狀態:半個周期工作另半個周期截止,乙類工作狀態也稱爲B類工作狀態。兩只互補的晶體管推挽工作,效率比甲類功放高,但存在交越失真的問題,一般功率放大器采用這種形式。

  甲乙類工作狀態:它是介于甲類和乙類之間的工作狀態,即晶體管工作周期大于一半,這種功放的特性介于甲類和乙類。

  丙類工作狀態:這種狀態下,晶體管工作的時間小于半個周期,丙類工作狀態又稱爲C類工作狀態,丙類功放一般用于高頻的諧振功放。

  丁類工作狀態:把聲音信號調制爲PWM形式,晶體管工作在開關狀態,輸出端通過LC濾波器恢複信號波形。效率高,高頻特性差,用于小型化電池供電以及要求高效率的場合。

  根據工作狀態的不同,功率放大器分類如下:

  传统线性功率放大器的工作频率很高,但相对频带较窄,射頻功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。射頻功率放大器可以按照电流导通角的不同,分为甲(A)、乙(B)、丙(C)三类工作状态。甲类放大器电流的导通角为360°,适用于小信号低功率放大,乙类放大器电流的导通角等于180°,丙类放大器电流的导通角则小于180°。乙类和丙类都适用于大功率工作状态,丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。射頻功率放大器大多工作于丙类,但丙类放大器的电流波形失真太大,只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力,回路电流与电压仍然接近于正弦波形,失真很小。

  開關型功率放大器使電子器件工作于開關狀態,常見的有丁(D)類放大器和戊(E)類放大器,丁類放大器的效率高于丙類放大器。SMPA將有源晶體管驅動爲開關模式,晶體管的工作狀態要麽是開,要麽是關,其電壓和電流的時域波形不存在交疊現象,所以是直流功耗爲零,理想的效率能達到100%。

  傳統線性功率放大器具有較高的增益和線性度但效率低,而開關型功率放大器具有很高的效率和高輸出功率,但線性度差。具體見下表:

  電路組成

  放大器有不同類型,簡化之,放大器的電路可以由以下幾個部分組成:晶體管、偏置及穩定電路、輸入輸出匹配電路。

  功率放大器的分類與電路組成

  1、晶體管

  晶體管有很多種,包括當前還有多種結構的晶體管被發明出來。本質上,晶體管的工作都是表現爲一個受控的電流源或電壓源,其工作機制是將不含內容的直流的能量轉化爲“有用的”輸出。直流能量乃是從外界獲得,晶體管加以消耗,並轉化成有用的成分。不同的晶體管不同的“能力”,比如其承受功率的能力有區別,這也是因爲其能獲取的直流能量的能力不同所致;比如其反應速度不同,這決定它能工作在多寬多高的頻帶上;比如其面向輸入、輸出端的阻抗不同,及對外的反應能力不同,這決定了給它匹配的難易程度。

  2、偏置電路及穩定電路

  偏置和穩定電路是兩種不同的電路,但因爲他們往往很難區分,且設計目標趨同,所以可以放在一起討論。

  晶體管的工作需要在一定的偏置條件下,我們稱之爲靜態工作點。這是晶體管立足的根本,是它自身的“定位”。每個晶體管都給自己進行了一定的定位,其定位不同將決定了它自身的工作模式,在不同的定位上也存在著不同的性能表現。有些定位點上起伏較。m合于小信號工作;有些定位點上起伏較大,適合于大功率輸出;有些定位點上索取較少,釋放純粹,適合于低噪聲工作;有些定位點,晶體管總是在飽和和截至之間徘徊,處于開關狀態。一個恰當的偏置點,是正常工作的礎。在設計寬帶功率放大器時,或工作頻率較高時,偏置電路對電路性能影響較大,此時應把偏置電路作爲匹配電路的一部分考慮。

  偏置網絡有兩大類型,無源網絡和有源網絡。無源網絡(即自偏置網絡)通常由電阻網絡組成,爲晶體管提供合適的工作電壓和電流。它的主要缺陷是對晶體管的參數變化十分敏感,並且溫度穩定性較差。有源偏置網絡能改善靜態工作點的穩定性,還能提高良好的溫度穩定性,但它也存在一些問題,如增加了電路尺寸、增加了電路排版的難度以及增加了功率消耗。穩定電路一定要在匹配電路之前,因爲晶體管需要將穩定電路作爲自身的一部分存在,再與外界接觸。在外界看來,加上穩定電路的晶體管,是一個“全新的”晶體管。它做出一定的“犧牲”,獲得了穩定性。穩定電路的機制能夠保證晶體管順利而穩定的運轉。

  3、輸入輸出匹配電路

  匹配電路的目的是在選擇一種接受的方式。對于那些想提供更大增益的晶體管來說,其途徑是全盤的接受和輸出。這意味著通過匹配電路這一個接口,不同的晶體管之間溝通更加順暢,對于不同種的放大器類型來說,匹配電路並不是只有“全盤接受”一種設計方法。一些直流小、根基淺的小型管,更願意在接受的時候做一定的阻擋,來獲取更好的噪聲性能,然而不能阻擋過了頭,否則會影響其貢獻。而對于一些巨型功率管,則需要在輸出時謹小慎微,因爲他們更不穩定,同時,一定的保留有助于他們發揮出更多的“不扭曲的”能量。

ATA-308功率放大器指标参数

  圖:ATA-308功率放大器指標參數

  以上就是功率放大器的分類與電路組成的内容,如果对于功率放大器还有什么不了解的,可以随时咨询安泰电子。


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